JP2004163036A - 複列型熱交換器 - Google Patents

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Abstract

【課題】一対のタンク部間に空気の流れる方向と直交するように積層されたチューブが少なくとも2列連結され、これらのチューブ間にフィンを配設して構成される複列型熱交換器において、熱交換器1全体を大きくすることなく、管内圧損を低減する。
【解決手段】冷媒が同時に流れる風下側チューブ2a,2a,…の全通路断面積と風上側チューブ2b,2b,…の全通路断面積とを、風下側全通路断面積/風上側全通路断面積=40〜80%とし、フィン3,3,…が占める開口面積と全てのチューブ2a,2a,…(2b,2b,…)及びフィン3,3,…が占める全開口面積との比を、フィン開口面積/全開口面積=70%以下とし、コア幅を40mm以下とする。
【選択図】 図3

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気の流れる方向と直交するように積層されたチューブを複列配設した熱交換器に関する技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、風上側と風下側とでチューブの積層段数が同一であり、冷媒が同時に流れる冷媒通路断面積が風下側と風上側とで同じ熱交換器は知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
最近では、熱交換器の小型化傾向のためにチューブの幅(コア幅)が小さくされている。その結果として、管内断面積が小さくなって冷媒通路断面積が減少し、管内圧損が増加して性能低下を招くという問題がある。
【0004】
そこで、従来、フィン高さを低くして、フィン及びチューブの積層本数を増加させ、冷媒通路の全通路断面積を増やすようにしている。
【0005】
【特許文献1】
特開平9−170850号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術のもののように、単にフィン及びチューブの積層本数を増やしただけでは管内圧損は十分に減少されず、熱交換効率改善の効果が小さい上、コストアップにもなる。
【0007】
また、通常、風下側(冷媒の上流側)では、冷媒は液冷媒の割合が高いので、流速は遅くて管内圧損はそれほど問題とならないが、風上側(冷媒の下流側)では、冷媒が蒸発することでガス化して流速が上昇し、管内圧損が増加する。
【0008】
本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、風上側と風下側とで管内圧損が問題となる度合が異なることに着目し、熱交換器全体を大きくすることなく、管内圧損を低減できる高性能でコンパクトな熱交換器を実現しようとすることにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明では、一対のタンク部間に空気の流れる方向と直交するように積層されたチューブが少なくとも2列連結され、該チューブ間にフィンを配設して構成される複列型熱交換器において、複数のチューブの列は風下側及び風上側に2分され、冷媒が同時に流れる風下側チューブの全通路断面積と風上側チューブの全通路断面積とが、風下側全通路断面積/風上側全通路断面積=40〜80%(40%以上でかつ80%以下)であり、フィンが占める開口面積と全てのチューブ及びフィンが占める全開口面積との比が、フィン開口面積/全開口面積=70%以下であり、コア幅が40mm以下とする。
【0010】
上記の構成によると、コア幅を40mm以下に薄くすることで、主に風上側で管内圧損が問題となるが、風下側全通路断面積/風上側全通路断面積=40〜80%とすることで風上側の冷媒通路断面積を相対的に増加させているので、全体として管内圧損を低減できる。また、フィン開口面積/全開口面積=70%以下とすることで、チューブの割合を一定以上に保って、熱交換効率の悪化を防ぐことができる。したがって、高性能でコンパクトな熱交換器を実現することができる。
【0011】
請求項2の発明では、冷媒が同時に流れる複数のチューブを風下側に1列配設するとともに、風上側に少なくとも2列配設する構成とする。
【0012】
上記の構成によると、冷媒が同時に流れる複数のチューブを下流側の風上側に少なくとも2列配設しているので、上流側の風下側に比べて冷媒通路断面積を大きくでき、管内圧損を効果的に低減できる。
【0013】
請求項3の発明では、風上側及び風下側にそれぞれ1列の冷媒通路が形成され、該冷媒通路にそれぞれ仕切を設け、冷媒が、風下側冷媒通路に導入されて該風下側冷媒通路内をUターンして流れ、風上側冷媒通路に移されて該風上側冷媒通路をUターンして流れて出て行くものであって、風下側冷媒通路は3パス通路で構成されるとともに、風上側冷媒通路は2パスで構成されているとする。
【0014】
上記の構成によると、風下側及び風上側の冷媒通路の仕切をそれぞれ別々に設けることにより、風下側冷媒通路を3パス通路で、また風上側冷媒通路を2パスでそれぞれ構成することし、冷媒が同時に流れるチューブの本数を風下側で全体の略1/3とし、風上側で全体の略1/2とすることで、冷媒が同時に流れる風上側通路断面積を風下側通路断面積に対して大きくすることができる。よって、簡単な構成で下流側の冷媒通路の管内圧損を上流側の冷媒通路に比べて低減することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
(実施形態1)
以下に、本発明の実施形態1を図面に基づいて説明する。図1〜図3は、実施形態1に係る複列型熱交換器1(以下、単に熱交換器という)を示し、この熱交換器1は、例えば車両用空気調和器における冷凍サイクルのエバポレータを構成するもので、内部を流れる冷媒と通過する空気とを熱交換させて冷媒を蒸発気化させて空気を冷却するようになっている。そして、この熱交換器1は、例えば車両の車室内前側に設置された空調ダクト(図示せず)内に、空気の流れ方向に対して直交するように取り付けられている。
【0016】
上記熱交換器1には、空気の流れる方向(矢印C)に直交するように積層された2列の風下側チューブ2a,2a,…と風上側チューブ2b,2b,…とが風下側及び風上側に並ぶように設けられている。その各チューブ2a,2b間に1つのフィン3が設けられている。そして、風下側に積層された風下側チューブ2a,2a,…の上下両端部にはタンク部8,9が、また風上側の積層された風上側チューブ2b,2b,…の上下両端部にはタンク部6,7がそれぞれ設けられている。なお、図2には、タンク部6〜9は省略されている。
【0017】
そして、風上側下部タンク部7及び風下側上部タンク部8は、長手方向略中央部に設けられた仕切12によって長手方向に内部が連通しないように、第1タンク部及び第2タンク部7a,7b、8a,8bにそれぞれ区切られている。
【0018】
そして、風下側上部タンク部8の第1タンク部8aに冷媒の入口部14が、また風上側下部タンク7の第1タンク部7aに冷媒の出口部15がそれぞれ設けられている。
【0019】
そして、本発明の特徴として、上記風上側チューブ2bの幅L2が風下側チューブ2aの幅L1よりも大きくなっている(L2>L1)。
【0020】
また、上記各チューブ2a,2b及びフィン3の空気の流れる方向Cと平行な方向(積層方向と垂直な方向)の幅であるコア幅Lは40mm以下となっている。
【0021】
さらに、空気の流れる方向Cに直交する面のフィン3,3,…が占めるフィン開口面積と全チューブ2a,2a,…(2b,2b,…)及びフィン3,3,…が占める全開口面積との比は、フィン開口面積/全開口面積=70%以下となっている。好ましくは、フィン開口面積/全開口面積の下限を40%とするのがよい。
【0022】
ここで、上記フィン開口面積は、図2に示すように、H×w×フィン数であり、全開口面積はH×Wである。Hはチューブ2a(2b)の高さを、wは各チューブ2a,2a(2b,2b)間の積層方向の隙間を、Wは両外端の各チューブ2a,2a(2b,2b)間の積層方向の幅をそれぞれ示す。
【0023】
次に、本実施形態1に係る熱交換器1の作動について説明すると、図1に示すように、冷媒は、入口部14から風下側上部タンク部8の第1タンク部8aに導入され、仕切12によってせき止められて風下側チューブ2a,2a,…内を下降し、風下側下部タンク部9に至り、この風下側下部タンク部9内を長手方向に流れた後、風下側チューブ2a,2a,…内を上昇して風下側上部タンク部8の第2タンク部8bに至る。そして、冷媒は、この第2タンク部8b内を長手方向に流れる(風下側冷媒通路A)。
【0024】
そして、冷媒は、上記第2タンク部8b及び風上側下部タンク部7の第2タンク部7b間に設けられた連通路10を通って第2タンク部8bから第2タンク部7bに流れる。
【0025】
次いで、上記第2タンク部7bにおいて仕切12によってせき止められた冷媒は、第2タンク部7bから風上側チューブ2b,2b,…を上昇して風上側上部タンク部6に至る。冷媒は、この風上側上部タンク部6内を長手方向に流れた後、風上側チューブ2b,2b,…内を下降して風上側下部タンク部7の第1タンク部7aに至る。そして、冷媒は、この第1タンク部7aから出口15を通って出ていくようになっている(風上側冷媒通路B)。
【0026】
このように、風下側冷媒通路Aを2パス通路に、また風上側冷媒通路Bを2パス通路とすることで、同時に冷媒が流れる風下側及び風上側冷媒通路A,Bの全体のチューブ2a,2a,…、2b,2b,…に対する分割数は等しくなっている。なお、この場合、冷媒の通路は風上側と風下側とで等しければ、2パス通路でも3パス通路でもよい。
【0027】
よって、風下側及び風上側冷媒通路A,Bの分割数が同じであるため、冷媒が同時に流れる風下側チューブ2a,2a,…と風上側チューブ2b,2b,…とは本数が同じとなり、全体のチューブ2a,2a,…及び2b,2b,…の1/2にそれぞれ冷媒が流れるようになっている。このことで、冷媒が流れる風上側チューブ2b,2b,…の全通路断面積がL2に比例し、風下側チューブ2a,2a,…の全通路断面積がL1に比例する。
【0028】
そして、冷媒が同時に流れる風下側チューブ2a,2a,…の全通路断面積と風上側チューブ2b,2b,…の全通路断面積とが風下側全通路断面積/風上側全通路断面積=40〜80%(40%以上でかつ80%以下)となっている。
【0029】
したがって、本発明の実施形態1に係る熱交換器1によると、コア幅Lを40mm以下にすることにより、コンパクトな熱交換器1が得られるとともに、風下側全通路断面積/風上側全通路断面積=40〜80%とすることにより、コンパクトな熱交換器とした場合の熱交換効率が改善される。
【0030】
また、フィン開口面積/全開口面積=70%以下とすることで、チューブ2a,2a,…、2b,2b,…の割合を一定以上に保って、熱交換効率の悪化を防ぐことができる。
【0031】
よって、熱交換器1を小型化して、冷媒通路を小さくし、個々の冷媒通路の面積が減少した場合でも、冷媒が流れる風上側チューブ2b,2b,…の全通路断面積を風下側チューブ2a,2a,…の全通路断面積に比べて大きくすることで、液体の冷媒がガス化する度合が高い風上側の冷媒通路の断面積を相対的に大きくして圧損が低減される。
【0032】
(実施形態2)
図4は本発明の実施形態2を示す(尚、以下の各実施形態では、図1〜図3と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する)。
【0033】
本実施形態2では、上記実施形態1のように風下側チューブ2aの幅L1と、風上側チューブ2bの幅L2を異なるものにするのではなく、同じ幅Lのチューブ2a,2b,2bを3列配設した。
【0034】
本実施形態2では、上記実施形態1と同様に風下側及び風上側冷媒通路A,Bは、それぞれ2パス通路となっている。そして、風下側冷媒通路Aは風下側チューブ2a,2a,…の1列からなり、風上側冷媒通路Bは、風上側チューブ2b,2b,…の2列分からなっている。
【0035】
よって、冷媒は風下側では風下側チューブ2a,2a,…の1列を、また風上側では風上側チューブ2b,2b,…の2列分を同時に流れるようになっている。
【0036】
このように、本発明の実施形態2に係る熱交換器1によると、冷媒が同時に流れる複数のチューブ2b,2b,…を下流側の風上側に少なくとも2列配設しているので、上流側の風下側に比べて冷媒通路断面積を大きくでき、管内圧損を効果的に低減できる。
【0037】
なお、このことで、風下側と風上側とで同じ大きさのチューブを使うことができる。
【0038】
(実施形態3)
図5は本発明の実施形態3を示し、風下側下部タンク部9にも、仕切12が設けられて第1タンク部及び第2タンク部9a,9bに仕切られている点及び各仕切12の位置とが上記実施形態1と異なる。
【0039】
次に、本実施形態3に係る熱交換器1の作動について説明すると、冷媒は、入口部14より風下側上部タンク部8の第1タンク部8aに導入され、仕切12によってせき止められて風下側チューブ2a,2a,…内を下降し、風下側下部タンク部9の第1タンク部9aに至り、この第1タンク部9a内を長手方向に流れた後、仕切12によってせき止められて風下側チューブ2a,2a,…内を上昇して風下側上部タンク部8の第2タンク部8bに至る。この第2タンク部8b内を長手方向に流れた後、風下側チューブ2a,2a,…内を下降して風下側下部タンク部9の第2タンク部9bに至る(風下側冷媒通路A)。
【0040】
そして、冷媒は、上記第2タンク部9b及び風上側下部タンク部7の第2タンク部7b間に設けられた連通孔(図示せず)を通って上記第2タンク部9bから風上側下部タンク部7の第2タンク部7bに流れる。
【0041】
次いで、上記第2タンク部7bにおいて仕切12によってせき止められた冷媒は、第2タンク部7bから風上側チューブ2b,2b,…を上昇して風上側上部タンク部6に至る。この風上側上部タンク部6内を長手方向に流れた後、風上側チューブ2b,2b,…内を下降して風上側下部タンク部7の第1タンク部7aに至った後、この第1タンク部7aから出口15を通って出ていくようになっている(風上側冷媒通路B)。
【0042】
このように、風下側冷媒通路Aを3パス通路とし、風上側冷媒通路Bを2パス通路とすることで、同時に冷媒が流れる風上側冷媒通路Bの全通路断面積は風下側冷媒通路Aの全通路断面積に対して相対的に大きくなっている。
【0043】
したがって、本実施形態3の蒸発器1によると、仕切12,12,…の位置を変更してパス通路を変更することで、同時に流れる冷媒通路の断面積を風下側と風上側とで簡単に変更することができる。
【0044】
【実施例】
次に、具体的に実施した実施例について説明する。
【0045】
本実施例では、上記実施形態1の熱交換器1と同様のものを使用し、風下側チューブ2aの幅L1及び風上側チューブ2bの幅L2を変化させることで、同時に流れる風上側冷媒通路Bの全通路断面積及び風下側冷媒通路Aの全通路断面積の割合を変化させて、熱交換効率の相対的変化を実験した。
【0046】
図6に示すように、風下側全通路断面積/風上側全通路断面積=40〜80%にすると、熱交換率がよいことが判った。
【0047】
また、フィンが占める開口面積と全開口面積の比を変化させて熱交換効率の相対的変化を実験した結果を図7に示す。
【0048】
図7によると、フィン開口面積/全開口面積=70%以下と設定すると熱交換率がよいことが判った。また、好ましくは、フィン開口面積/全開口面積の下限を40%とすることのがよいことが判った。
【0049】
よって、本実施例では、熱交換器を小型化して冷媒通路が小さくなり、個々の冷媒通路の面積が減少した場合でも、冷媒通路の通過面積を風下側と風上側とで同じにするのではなく、液体の冷媒がガス化する度合が高い風上側の冷媒通路の面積を相対的に大きくすることで圧損を低減できることが判明した。
【0050】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1の発明の複列型熱交換器によると、複数のチューブの列を風下側及び風上側に2分し、冷媒が同時に流れる風下側チューブの全通路断面積と風上側チューブの全通路断面積とを、風下側全通路断面積/風上側全通路断面積=40〜80%(40%以上でかつ80%以下)とし、フィンが占める開口面積と全てのチューブ及びフィンが占める全開口面積との比を、フィン開口面積/全開口面積=70%以下とし、コア幅を40mm以下としたことにより、高性能でコンパクトな熱交換器を実現できる。
【0051】
請求項2の発明によると、冷媒が同時に流れる複数のチューブを風下側に1列配設するとともに、風上側に少なくとも2列配設したことにより、管内圧損を効果的に低減できる。
【0052】
請求項3の発明によると、風上側及び風下側にそれぞれ1列の冷媒通路を形成し、この冷媒通路にそれぞれ仕切を設け、冷媒が、風下側冷媒通路に導入されて該風下側冷媒通路内をUターンして流れ、風上側冷媒通路に移されて該風上側冷媒通路をUターンして流れて出て行くものであって、風下側冷媒通路を3パス通路で構成されるとともに、風上側冷媒通路を2パスで構成したことにより、簡単な構成で下流側の冷媒通路の管内圧損を上流側の冷媒通路に比べて低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1に係る熱交換器を示す斜視図である。
【図2】熱交換器の要部を示す拡大斜視図である。
【図3】熱交換器の要部を示す断面図である。
【図4】実施形態2の図3相当図である。
【図5】実施形態3の図1相当図である。
【図6】風下側全通路断面積/風上側全通路断面積及び熱交換率の関係を示す図である。
【図7】フィン開口面積/全開口面積フィン開口面積及び熱交換率の関係を示す図である。
【符号の説明】
1 熱交換器
2a 風下側チューブ
2b 風上側チューブ
3 フィン
6〜9 タンク部
A 風下側冷媒通路
B 風上側冷媒通路
L コア幅

Claims (3)

  1. 一対のタンク部間に空気の流れる方向と直交するように積層されたチューブが少なくとも2列連結され、該チューブ間にフィンを配設して構成される複列型熱交換器において、
    上記複数のチューブの列は風下側及び風上側に2分され、
    冷媒が同時に流れる上記風下側チューブの全通路断面積と風上側チューブの全通路断面積とが、
    風下側全通路断面積/風上側全通路断面積=40〜80%
    であり、
    上記フィンが占める開口面積と全てのチューブ及びフィンが占める全開口面積との比が、
    フィン開口面積/全開口面積=70%以下
    であり、
    コア幅が40mm以下であることを特徴とする複列型熱交換器。
  2. 請求項1の複列型熱交換器において、
    冷媒が同時に流れる複数のチューブを風下側に1列配設するとともに、風上側に少なくとも2列配設していることを特徴とする複列型熱交換器。
  3. 請求項1の複列型熱交換器において、
    風上側及び風下側にそれぞれ1列の冷媒通路が形成され、該冷媒通路にそれぞれ仕切を設け、冷媒が、風下側冷媒通路に導入されて該風下側冷媒通路内をUターンして流れ、風上側冷媒通路に移されて該風上側冷媒通路をUターンして流れて出て行くものであって、
    上記風下側冷媒通路は3パス通路で構成されるとともに、上記風上側冷媒通路は2パスで構成されていることを特徴とする複列型熱交換器。
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